(57)【要約】【課題】重量を増加させることなく、既存の鋼材と同程度の強度が得られる水抜き手段を備えた鋼材を提供する。【解決手段】既存の鋼材２に加工を施すことによって形成される鋼材１であって、一対の帯板状のフランジ部３ａ、３ｂと、両フランジ部３ａ、３ｂ間を全長に亘って一体に連結する帯板状のウエブ部４とを備え、各フランジ部３ａ、３ｂとウエブ部４との境界部５に、境界部５を各フランジ部３ａ、３ｂの外面側に貫通する水抜き孔を、各フランジ部３ａ、３ｂの長さ方向に間隔をおいて複数箇所に設ける。水抜き孔７の直径をＲ、水抜き孔７のピッチをＨとした場合に、Ｒ／Ｈ＝０．１以下となるように、水抜き孔７の直径及びピッチを設定することにより、既存の鋼材２の強度を低下させることなく、鋼材１に水抜き機能を付加することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存の鋼材に加工を施すことによって形成される鋼材であって、
一対の帯板状のフランジ部と、両フランジ部間を一体に連結する帯板状のウエブ部とを備え、
前記各フランジ部と前記ウエブ部との境界部に、該境界部を前記各フランジ部の外面側に貫通する水抜き孔を、前記各フランジ部の長さ方向に間隔をおいて複数箇所に設けたことを特徴とする鋼材。
【請求項２】
前記水抜き孔は、前記各フランジ部を貫通する第１貫通孔と、前記ウエブ部を貫通するとともに、前記第１貫通孔に連続して設けられる第２貫通孔とからなり、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とは、前記各フランジ部と前記ウエブ部とに跨って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼材。
【請求項３】
前記水抜き孔は、前記各フランジ部を貫通する貫通孔から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼材。
【請求項４】
前記水抜き孔の直径をＲ、前記水抜き孔のピッチをＨとした場合に、Ｒ／Ｈ＝０．１以下となるように、前記水抜き孔の直径及びピッチを設定したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の鋼材。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の鋼材を主材として用いて構築されたことを特徴とする鋼構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材及び鋼構造物に関し、特に、溜った雨水等の水を排出させる水抜き機能を備えた鋼材及び鋼構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
水門や橋梁等の鋼構造物には、主材として各種の鋼材（Ｈ形鋼、Ｉ形鋼，溝形鋼等の形鋼）が用いられている。例えば、橋梁の場合には、下部構造の橋台及び橋脚の上部に支承を介して支持される、上部構造の主桁、縦桁、横桁等の桁材（水平材）や、桁材を補強するブレース材（斜材）等として、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼等の形鋼が用いられている。
【０００３】
このような構成の鋼構造物は、水平材や斜材を配置する位置、角度、向き、相手側部材との関係等により、水平材や斜材を構成する鋼材の内側に雨水等の水が溜り易い箇所が発生する。このため、鋼材の内側から溜った水を排出させる水抜き手段を設け、鋼材が溜った水で腐食等するのを防止している。
【０００４】
この種の手段を備えた鋼材及び鋼構造物の例が特許文献１、２に記載されている。特許文献１に記載の鋼材は、所定の間隔をおいて設けられる一対の帯板状のフランジ部と、両フランジ部の内面間に、両フランジ部の長手方向に所定の間隔ごとに一体に設けられる山形状又は円弧状の複数のウエブ材からなるウエブ部とを備えたものであって、隣接するウエブ材間に形成したスリットを鋼材の内側に溜った雨水等の水を鋼材の外側に排出させる水抜き手段として機能させるように構成したものである。
【０００５】
また、特許文献２に記載の鋼構造物は、鋼製桁橋を構成する鋼製桁間に配置される防音構造体において、金属板からなる遮音板の上下に、多孔質板、繊維質マット等の吸音材からなる吸音層を積層し、遮音板に、一端から他端に亘る上方が開口する排水溝を設け、この排水溝を防音構造体の上面で受けた雨水等の水を防音構造材の外側に排出させる水抜き手段として機能させるように構成したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１６８８０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の鋼材は、既存のＨ型鋼等の鋼材と同程度の強度を得るために、複数の山形状又は円弧状の複数のウエブ材を両フランジ部間に設けているため、既存のＨ形鋼等の鋼材を用いた場合よりも重量が増加する。また、両フランジ部間に各ウエブ材を溶接等によって一体に接合しなければならないため、その作業に非常に手間がかかる。さらに、特許文献２に記載の鋼構造物は、排水溝の構造が複雑であるため、製作に手間がかかる。
【０００８】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、重量を増加させることなく、既存の形鋼と同程度の強度が得られるとともに、構造が簡単で製作が容易な雨水等の水を排出させる水抜き手段を備えた鋼材及び鋼構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、既存の鋼材に加工を施すことによって形成される鋼材であって、一対の帯板状のフランジ部と、両フランジ部間を一体に連結する帯板状のウエブ部とを備え、前記各フランジ部と前記ウエブ部との境界部に、該境界部を前記各フランジ部の外面側に貫通する水抜き孔を、前記各フランジ部の長さ方向に間隔をおいて複数箇所に設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の鋼材によれば、両フランジ部とウエブ部とによって囲まれた内側の部分に雨水等の水が流入した場合、その水は各水抜き孔を介して各フランジ部の外面側に排出されることになる。従って、両フランジ部とウエブ部とによって囲まれた内側の部分に雨水等の水が溜るようなことはないので、溜った水によって鋼材が腐食等するようなことはない。
【００１１】
また、本発明において、前記水抜き孔は、前記各フランジ部を貫通する第１貫通孔と、前記ウエブ部を貫通するとともに、前記第１貫通孔に連続して設けられる第２貫通孔とからなり、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とは、前記各フランジ部と前記ウエブ部とに跨って設けられていることとしてもよい。
【００１２】
本発明の鋼材によれば、両フランジ部とウエブ部とによって囲まれた部分に雨水等の水が流入した場合、その水は各水抜き孔の第１貫通孔及び第２貫通孔を介して各フランジ部の外面側に排出されることになる。
【００１３】
さらに、本発明において、前記水抜き孔は、前記各フランジ部を貫通する貫通孔から構成されていることとしてもよい。
【００１４】
本発明の鋼材によれば、両フランジ部とウエブ部とによって囲まれた部分に雨水等の水が流入した場合、その水は各フランジ部に設けられた各水抜き孔を介して各フランジ部の外面側に排出されることになる。
【００１５】
さらに、本発明において、前記水抜き孔の直径をＲ、前記水抜き孔のピッチをＨとした場合に、Ｒ／Ｈ＝０．１以下となるように、前記水抜き孔の直径及びピッチを設定したこととしてもよい。
【００１６】
本発明の鋼材によれば、水抜き孔の直径とピッチとの関係が、Ｒ／Ｈ＝０．１以下となるように、複数の水抜き孔を既存の鋼材に設けることにより、既存の鋼材と同程度の強度が得られることになる。従って、強度を低下させることなく、既存の鋼材に雨水等の水を排出させる水抜き機能を付与することができる。
【００１７】
さらに、本発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載の鋼材を主材として用いて構築されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の鋼構造物によれば、鋼構造物の主材としての鋼材に雨水等の水が溜ることがないので、主材としての鋼材が溜った水で腐食等するようなことはなく、主材としての性能を長期的に維持することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上、説明したように、本発明の鋼材及び鋼構造物によれば、既存の鋼材の強度を低下させることなく、既存の鋼材に雨水等の水を排出させる水抜き機能を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の鋼材の一実施の形態の全体を示した概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って見た断面図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】図３のＡ矢視図である。
【図５】図３のＢ矢視図である。
【図６】強度解析に用いる従来の鋼材（試料１）を示した概略図である。
【図７】強度解析に用いる本発明の鋼材（試料２）を示した概略図である。
【図８】強度解析の結果を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５には、本発明による鋼材及び鋼構造物の一実施の形態が示されている。本実施の形態の鋼材及び鋼構造物は、主材として各種の鋼材（Ｈ形鋼、Ｉ形鋼，溝形鋼等の形鋼）が用いられる水門や橋梁等の鋼構造物に有効なものである。
【００２２】
すなわち、本実施の形態の鋼材１は、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼等の形鋼を材料として用い、これらの形鋼に水抜き手段６を設けることにより、これらの形鋼を主材とする鋼構造物１２に溜った雨水等の水を排出させる水抜き機能を付与したものである。
【００２３】
本実施の形態においては、図１に示すように、鋼材１の材料として既存のＨ形鋼２を用いている。Ｈ形鋼２としては、建築構造用圧延鋼材（ＪＩＳ  Ｇ  ３１３６）、一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳ  Ｇ  ３１０１）、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ  Ｇ  ３１０６）、溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（ＪＩＳ  Ｇ  ３１１４）の他、各種のＨ形鋼を用いることができる。
【００２４】
Ｈ形鋼２は、図１に示すように、所定の間隔をおいて平行に設けられる一対の帯板状のフランジ部３ａ、３ｂと、両フランジ部３ａ、３ｂの内面側の中央部間を両フランジ部３ａ、３ｂの全長に亘って一体に連結する帯板状のウエブ部４とを備えている。
【００２５】
本実施の形態の鋼材１は、図１〜図５に示すように、Ｈ形鋼２の各フランジ部３ａ、３ｂとウエブ部と４の境界部５に、境界部５を内面側から外面側（フランジ部３ａ、３ｂの外面側）に貫通する複数の水抜き孔７を、各フランジ部３ａ、３ｂの長さ方向に所定の間隔ごとに設け、これらの複数の水抜き孔７により、鋼材１の内側（両フランジ部３ａ、３ｂの内面とウエブ部４の上面とによって囲まれた部分）に溜った雨水等の水を鋼材１の外側に排出させる水抜き手段６を構成している。
【００２６】
各水抜き孔７は、例えば、図３〜図５に示すように、各フランジ部３ａ、３ｂの内外面間を貫通する円形状の第１貫通孔８ａと、ウエブ部４の上下面間を貫通する第１貫通孔８ａに連通する半円形状の第２貫通孔８ｂとを連続して設けることによって構成されている。すなわち、各水抜き孔７は、各フランジ部３ａ、３ｂとウエブ部４とに跨るように設けられている。この水抜き孔７の第１貫通孔８ａ及び第２貫通孔８ｂを介して、鋼材１の内面側と外面側との間を相互に連通している。
【００２７】
各水抜き孔７の第１貫通孔８ａは、図３〜図５に示すように、中心が各フランジ部３ａ、３ｂの幅方向の中心（ウエブ部４の厚さ方向の中心）に位置するように各フランジ部３ａ、３ｂに設けられ、この第１貫通孔８ａの延長上のウエブ部４の部分に、第１貫通孔８ａに連通する第２貫通孔８ｂが設けられている。
【００２８】
水抜き孔７の直径、及び水抜き孔７のピッチは、水抜き孔７の直径をＲ、水抜き孔７のピッチをＨとした場合に、Ｒ／Ｈ＝０．１以下に設定される。この条件式を満足するように、鋼材１の複数箇所に水抜き孔７を設けることにより、鋼材１の強度が低下することなく、水抜き孔７を設ける前の既存のＨ形鋼２と同程度の強度が得られる。ここで、水抜き孔７の直径、及び水抜き孔７のピッチは、水抜き孔７の第１貫通孔８ａの直径、及び水抜き孔７の第１貫通孔８ａのピッチを意味している。
【００２９】
水抜き孔７は、各フランジ部３ａ、３ｂの中央部のみに円形状の貫通孔を設けて構成してもよいし、各フランジ部３ａ、３ｂのウエブ部４よりも上方の部分のみに円形状又は半円形状の貫通孔を設けて構成してもよい。
【００３０】
なお、水抜き孔７は、上記の円形状、半円形に限らず、楕円形、長円形、三角形、四角形等の各種の形状とすることができる。
【００３１】
上記のような構成の鋼材１を水門、橋梁等の鋼構造物の主材としての桁材（水平材）やブレース材（斜材）等として用いた場合、鋼材１を配置する位置、角度、向き等により、鋼材１の内面側（両フランジ部３ａ、３ｂの内面とウエブ部４の上面とによって囲まれる部分）に雨水等の水が溜り易い箇所が発生する。
【００３２】
しかし、本実施の形態においては、鋼材１の内面側の各フランジ部３ａ、３ｂとウエブ部４との境界部５に、鋼材１の内面側と外面側との間を相互に連通する水抜き孔７を、鋼材１の長さ方向に所定の間隔ごとに複数箇所に設けて、これらの複数の水抜き孔７により水抜き手段６を構成しているので、雨水等の水が鋼材１の内側に流れ込んでも、その水は各水抜き孔７介して鋼材１の外側に排出されることになる。
【００３３】
従って、鋼材１の内側に雨水等の水が溜るようなことはないので、溜った雨水等の水によって鋼材１が腐食等するようなことはなく、鋼構造物の主材としての性能を長期的に維持することができる。
【００３４】
また、本実施の形態の鋼材１は、既存のＨ形鋼２を材料として用いて、既存のＨ形鋼２に複数の水抜き孔７を機械加工等によって設ければ、特許文献１に記載のもののように、複数の複数のウエブ材をフランジ部間に溶接によって接合するような煩雑な作業が不要となり、容易に製作することができる。
【００３５】
さらに、既存のＨ形鋼２に複数の水抜き孔７を加工しても、既存のＨ形鋼２と同程度の強度が得られるので、特許文献１に記載のもののように、既存のＨ形鋼と同程度の強度を確保するために重量が増加するようなことはなく、鋼構造物を軽量化することができる。
【００３６】
図６〜図８に、既存のＨ形鋼２と本実施の形態の鋼材１の強度解析の結果を示す。この解析では、既存のＨ形鋼２として、Ａ（高さ）×Ｂ（幅）＝３００（ｍｍ）×３００（ｍｍ）のものを用いた（比較例）。また、本発明の実施例である鋼材１として、上記のＨ形鋼２と同一のＨ形鋼２を用い、このＨ形鋼２の各フランジ部３ａ、３ｂに、Ｒ（直径）＝３０（ｍｍ）の水抜き孔７（第１貫通孔８ａ）を、Ｈ（ピッチ）＝３００（ｍｍ）で設けた（実施例）。
【００３７】
この解析では、図６及び図７に示すように、比較例、実施例のフランジ部３ａ、３ｂの長さ方向の中心点に１００ｋＮの負荷を加えた場合の、フランジ部３ａ、３ｂのＡ−Ａ線上のＢ点（フランジ部３ａ、３ｂの長さ方向の中心点）における変位量と応力値とを、変位量や応力値の既存の解析プログラム（ＦＥＭ解析プログラム等）を用いて算定した。
【００３８】
この解析の結果を図８に示す。図８の解析結果から、実施例は、比較例と比較して、最大変位量（ｍｍ）で１．０１倍、Ｂ点の応力値で１．０１倍となることが分かる。このように、実施例は、比較例と同程度の強度が得られ、実施例には、複数の水抜き孔７を加工しているにも関わらず、強度低下は見られなかった。
【００３９】
従って、本実施の形態の鋼材１（Ｈ形鋼２に水抜き孔７を設けたもの）を主材として用いて水門や橋梁等の鋼構造物を構築した場合、従来の鋼材（Ｈ形鋼）を主材として用いた水門や橋梁等の鋼構造物と同程度の強度が得られるとともに、従来の鋼構造物よりも軽量化を図ることができる。
【００４０】
なお、前記の説明においては、本発明による鋼材１にＨ形鋼２を用いたが、Ｉ形鋼及び溝形鋼に本発明を適用してもよいものであり、その場合にも、フランジ部とウエブ部との間に水抜き孔を設けることにより、同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００４１】
１  鋼材
２  Ｈ形鋼
３ａ、３ｂ  フランジ部
４  ウエブ部
５  境界部
６  水抜き手段
７  水抜き孔
８ａ  第１貫通孔
８ｂ  第２貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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